汽輪機控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究

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摘要：火電廠作為電能生產(chǎn)的重要場所，對于具有大容量、高參數(shù)的火電機組，汽輪機是其關(guān)鍵動力設(shè)備，在實際運行中汽輪機表現(xiàn)出了轉(zhuǎn)速高、熱力參數(shù)以及轉(zhuǎn)速變化范圍大的特點。隨著熱控設(shè)備相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽輪機組在不斷進(jìn)行自動化改造的過程中，DCS控制技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到汽輪機系統(tǒng)中，有效的提高了機組整體的可控性，從而保證機組能夠安全運行以及機爐的協(xié)調(diào)工作。文章對火電廠中汽輪機控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并分析了汽輪機控制系統(tǒng)中DCS控制技術(shù)的應(yīng)用，探討了DCS控制以及DCS與DEH.ETS間的控制關(guān)系。

關(guān)鍵詞：汽輪機；控制系統(tǒng)；DCS；DEH；優(yōu)化設(shè)計

汽輪機在傳統(tǒng)的運行狀態(tài)下是根據(jù)相應(yīng)的規(guī)程來進(jìn)行的，監(jiān)控汽輪機運行的狀態(tài)，還主要靠運行人員的工作經(jīng)驗，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)存在一定的缺點，比如調(diào)節(jié)精度低和自動化程度低，汽輪機在運行的過程中，需要通過采用安全有效的措施進(jìn)行保護(hù)。汽輪機在運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的負(fù)載做功會影響到轉(zhuǎn)速的變化，凝結(jié)水溫度以及真空的變化也會影響到轉(zhuǎn)速的變化，將DCS控制技術(shù)應(yīng)用在汽輪機系統(tǒng)中，能夠有效的控制和管理汽輪機的運行。

1DCS控制系統(tǒng)對汽輪機的控制和保護(hù)設(shè)計汽輪機

DCS控制系統(tǒng)，需要加強汽輪機運行參數(shù)的監(jiān)視，完善相應(yīng)工作的的記錄，并分析汽輪機組安全運行和在線狀態(tài)。在汽機熱工系統(tǒng)中，使用硬接線進(jìn)行信息傳遞，能夠有效保護(hù)熱控系統(tǒng)的相關(guān)備件的安全，將計算機高級語言應(yīng)用在傳感器與控制器的連線和檢測點的分布上，操作和管理DCS系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。1.1自動控制系統(tǒng)。在汽輪機控制系統(tǒng)中，汽輪機DCS系統(tǒng)中調(diào)速系統(tǒng)是主要的功能，通過人機界面相關(guān)操作人員可以直接輸入轉(zhuǎn)速設(shè)定值，再經(jīng)過模擬量輸入模塊的作用，將實際轉(zhuǎn)速值與轉(zhuǎn)速設(shè)置值進(jìn)行比較，從而控制汽輪機的轉(zhuǎn)速。通過利用變頻器控制汽輪機的轉(zhuǎn)速，將控制水位調(diào)節(jié)好，并通過上位機對按鈕進(jìn)行控制，從而使汽輪機設(shè)備停止運行。系統(tǒng)工程師通過與DEH系統(tǒng)的人機界面作用，當(dāng)按下相應(yīng)的按鈕時，能夠控制汽輪機的閥門控制指令到執(zhí)行機構(gòu)的輸出過程，通過操作員的其他控制指令來完成供油系統(tǒng)調(diào)節(jié)汽輪機各個蒸汽進(jìn)氣閥的開度。汽輪機DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是進(jìn)行相應(yīng)工作的主要依據(jù)，通過利用壓力、溫度傳感器和變送器將相應(yīng)的信號輸入到輸入模塊，計算機會對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的存儲和管理，并通過相應(yīng)的軟件來完成設(shè)計工作，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的操作。1.2緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)。通過設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)措施，當(dāng)DCS系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)一些問題時，相應(yīng)的保護(hù)措施可以有效的將過載電流導(dǎo)入大地，從而保障控制系統(tǒng)的安全。兩路電源供電相互獨立的，在開關(guān)量輸入卡件時，采用跳閘失電跳閘和兩路電源供電兩種動作方式，可以避免出現(xiàn)拒動和誤動的問題。采用失電跳閘的保護(hù)方式要對輸出卡件分布設(shè)置，各層供電裝置也要保持相互獨立，防止出現(xiàn)汽輪機跳閘保護(hù)的拒動和誤動的現(xiàn)象，保障系統(tǒng)的正常運行。1.3汽輪機控制算法以及策略組態(tài)。通過對控制算法的應(yīng)用，工程師可以快速的查找到對應(yīng)的變量位號和操作畫面，通過利用項目樹對程序進(jìn)行作用，使其變成靈活統(tǒng)一的系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，從而完成策略組態(tài)。PC機上運行的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可靠性也比較高，具有廣泛的用途。系統(tǒng)控制中的速度被作為主控參數(shù)和干擾因素，當(dāng)對機械的摘要：火電廠作為電能生產(chǎn)的重要場所，對于具有大容量、高參數(shù)的火電機組，汽輪機是其關(guān)鍵動力設(shè)備，在實際運行中汽輪機輸出功率不能夠及時進(jìn)行調(diào)節(jié)時，在空載或者滿載的額定轉(zhuǎn)速下可以保證汽輪機的穩(wěn)定運行。通過驅(qū)動調(diào)節(jié)進(jìn)氣調(diào)節(jié)汽閥的開度，可以對發(fā)動機的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過對功率反饋通道進(jìn)行調(diào)整，可以對控制回路進(jìn)行改造。

2基于DCS汽輪機DEH控制系統(tǒng)的工作原理和特征以及結(jié)構(gòu)組成

2.1基于DCS汽輪機。DEH控制系統(tǒng)的工作原理和特征對汽輪機DEH控制系統(tǒng)而言，其可以說是DCS控制系統(tǒng)的組成部分，DEH控制系統(tǒng)使用電驅(qū)動油動機來控制閥門開度，專門被用于調(diào)節(jié)汽輪機的轉(zhuǎn)速，并讓汽輪機的轉(zhuǎn)速處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)。汽輪機DCS控制系統(tǒng)是通過使用自動數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)出調(diào)節(jié)指令相關(guān)的電信號，電液轉(zhuǎn)換器在接收到相應(yīng)的信號后，能夠?qū)⒂蛣訖C的液壓缸和高壓油進(jìn)行連通，從而驅(qū)動油動機運行并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)的要求達(dá)到時，系統(tǒng)的反饋裝置會做出反應(yīng)自動停止調(diào)節(jié)過程。與汽輪機DCS控制系統(tǒng)相比，DEH控制系統(tǒng)具有一定的優(yōu)越性，表現(xiàn)為數(shù)字系統(tǒng)的靈活性、模擬系統(tǒng)具有的快速性和液壓系統(tǒng)的可靠性。通過運用DEH控制系統(tǒng)，可以提高高、中壓調(diào)門的控制精度，并提高整個機組的控制水平，從而保障汽輪機能夠正常運行。2.2基于DCS控制系統(tǒng)的汽輪機。DEH控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)汽輪機DEH控制系統(tǒng)主要由計算機控制部分和EH液壓執(zhí)行機構(gòu)組成，其中又可以分為調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保安系統(tǒng)兩個部分。2.2.1調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠獲取系統(tǒng)所需的靜態(tài)特征，并保證汽輪機組能夠穩(wěn)定運行。根據(jù)系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的功能的不同，調(diào)解系統(tǒng)又可以分為控制器和執(zhí)行器，其中執(zhí)行系統(tǒng)控制策略相關(guān)運算操作的是控制器，而執(zhí)行器主要是根據(jù)控制器的運算結(jié)果，對相應(yīng)的調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動和定位。2.2.2保安系統(tǒng)。在汽輪機組運行的過程中，如果發(fā)生相應(yīng)的安全狀況時，保安系統(tǒng)可以維護(hù)機組的運行安全。在汽輪機DEH控制系統(tǒng)中，保安系統(tǒng)是至關(guān)重要的部件，在保安系統(tǒng)的組成中，主要包括急速保護(hù)系統(tǒng)、危急遮斷系統(tǒng)和各種試驗系統(tǒng)。

3汽輪機DEH控制系統(tǒng)的優(yōu)化

3.1對閥門管理的優(yōu)化。閥門管理在控制系統(tǒng)中具有重要的作用，相關(guān)操作人員通過相應(yīng)的操作，可以將系統(tǒng)調(diào)節(jié)器輸出的相應(yīng)控制信號，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的閥門開度的請求值，并根據(jù)相應(yīng)的要求實現(xiàn)單閥和順序閥控制方式之間的切換。對于閥門管理進(jìn)行優(yōu)化可以從以下幾個方面進(jìn)行。（1）閥門控制的設(shè)計根據(jù)汽輪機實際運行的要求，可以設(shè)計為單閥控制和多閥控制等控制方式。單閥控制對高壓閥門進(jìn)行節(jié)流管理，一般采用冷態(tài)啟動或者是帶基本負(fù)荷運行的方式；多閥控制方式采用機組帶部分負(fù)荷運行，并只要求部分進(jìn)汽。（2）汽輪機在運行時是通過軟件系統(tǒng)來對閥門進(jìn)行管理，結(jié)合相應(yīng)的控制方式，設(shè)計出單閥和多閥兩種控制程序。閥門管理程序接收的控制信號是流量，所以還要通過利用相應(yīng)的程序計算，把汽輪機的蒸汽流量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的閥門開度。在閥門管理中，還可以將相應(yīng)的控制按鈕集中在操作臺，相關(guān)人員只需要通過控制相應(yīng)的控制按鈕，就可以完成單、多閥控制方式的切換。3.2對電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。電源系統(tǒng)的優(yōu)化可以采用更換質(zhì)量相對可靠的新型電源和改進(jìn)系統(tǒng)的供電方式兩種方法進(jìn)行，更換新型電源能夠延長供電過程中的平均無故障時間，保證系統(tǒng)運行的可靠性；對系統(tǒng)的供電方式進(jìn)行改進(jìn)，對MPS卡使用其他更為可靠的電源進(jìn)行供電，在一定程度上，不僅能夠減輕電源的負(fù)擔(dān)，也對提高M(jìn)PS卡供電的可靠性和穩(wěn)定性具有重要的作用。更換MPS卡并改用220V交流的供電方式，是進(jìn)行電源優(yōu)化的有效方式。3.3對掛閘系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。掛閘系統(tǒng)作為汽輪機控制系統(tǒng)中最基本的應(yīng)用，其能否正常運行，對汽輪機運行的安全經(jīng)濟性具有直接的影響。掛閘系統(tǒng)的優(yōu)化可以從下面的方式來進(jìn)行：通過加強掛閘系統(tǒng)中油系統(tǒng)的清洗工作，加強透平油體外循環(huán)，從而提高油質(zhì)的清潔度，避免使掛閘系統(tǒng)出現(xiàn)異常的問題；對掛閘系統(tǒng)邏輯設(shè)計進(jìn)行修改能夠適當(dāng)?shù)难娱L調(diào)整復(fù)位電磁閥的帶電復(fù)位時間，從而保證危急遮斷器滑閥能夠有充足的時間到達(dá)上止點。3.4對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化可以實現(xiàn)對汽輪機DEH控制系統(tǒng)功能的優(yōu)化。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化可以從以下幾個方面入手：使用純電調(diào)式的數(shù)字式控制器，對系統(tǒng)中的控制器進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)；對系統(tǒng)的供油進(jìn)行優(yōu)化可以利用低壓的透平油，這時只需使用系統(tǒng)機組的供油系統(tǒng)就可以完成；可以使用位移傳感器的反饋回路對于系統(tǒng)中油動機的位置進(jìn)行調(diào)整，減少伺服系統(tǒng)的遲緩率，提高其定位精確度，同時也能夠提高汽輪機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4結(jié)束語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，汽輪機DCS控制系統(tǒng)也得到相應(yīng)的發(fā)展，而汽輪機DEH控制系統(tǒng)在社會領(lǐng)域中也得到了普遍的應(yīng)用。結(jié)合汽輪機實際的應(yīng)用情況，不斷優(yōu)化汽輪機相應(yīng)的控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，保證汽輪機機組的穩(wěn)定運行，從而促進(jìn)電力生產(chǎn)領(lǐng)域的不斷發(fā)展。

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作者:張淑娟 單位:山東電力工程咨詢院有限公司